Entraînements principaux

Les entraînements principaux sont majoritairement assurés par des moteurs électriques synchrones et asynchrones à commande en boucle fermée. Ils sont utilisés, par exemple, dans des kits de moteurs ou des moteurs intégrés pour les tours, les fraiseuses et les rectifieuses, ainsi que dans les centres d'usinage. Les entraînements de broche traditionnels avec moteurs intégrés – généralement refroidis par air – sont également couramment employés comme entraînements principaux. Comparés aux moteurs-broches, ils sont moins onéreux si l'on prend en compte les coûts annexes des deux systèmes. D'une part, l'insertion de réducteurs permet d'adapter la vitesse de rotation et le couple à l'usinage. D'autre part, les réducteurs génèrent des forces radiales indésirables, du bruit et une usure accrue.

Les entraînements principaux utilisant des moteurs en kit avec broche intégrée sont devenus techniquement sophistiqués. L'absence de réducteurs et d'embrayages permet un mouvement de rotation centré sans contrainte de cisaillement. Ils se distinguent par leur fonctionnement régulier et leur usure minimale, et sont fréquemment utilisés pour l'usinage de haute précision. La génération d'entraînements à couples plus élevés reste actuellement onéreuse, car elle nécessite soit l'intégration d'un engrenage (planétaire) dans la broche, soit le choix d'un moteur plus puissant. Pour la maintenance préventive et corrective, des capteurs doivent être intégrés à la broche afin de surveiller et d'acquérir des données de mesure. Le refroidissement par huile, air ou glycol demeure indispensable.

Entraînements d'alimentation

Pour les entraînements d'avance, le choix se porte sur les systèmes électromécaniques ou hydrauliques. Dans le cas des entraînements électromécaniques, le servomoteur électrique à vis à billes domine actuellement le marché mondial. Il convertit le mouvement de rotation en un mouvement linéaire. Les moteurs synchrones sont ici privilégiés, car ils doivent répondre à des exigences élevées en matière de positionnement, de synchronisation et de dynamique, supérieures à celles de l'entraînement principal.

Grâce à sa grande rigidité statique, ce système d'entraînement traditionnel convient à de nombreuses applications, mais il est sujet à l'usure. Selon les conditions d'installation et les couples requis, le servomoteur est relié à la broche soit directement, soit, par exemple, par une courroie synchrone.

Les systèmes d'entraînement doivent offrir une résistance à l'usure, ainsi qu'une rigidité et une dynamique élevées. Cette combinaison de caractéristiques permet une précision supérieure et un fonctionnement fiable à long terme, comparativement à un système à vis à billes comparable doté d'un système de mesure de position indirect.

Le régime de charge de l'entraînement est un facteur limitant son utilisation. Bien entendu, cela ne signifie pas que, lors d'usinages nécessitant des forces importantes, les systèmes à vis à billes et les entraînements hydrauliques soient superflus. Les éléments de support de la machine, tels que le capot de protection contre les copeaux et sa vitesse de glissement maximale admissible, et le guide-cartouche et son comportement d'amortissement, peuvent également en limiter l'application. Les avantages des entraînements à moteur linéaire sont contrebalancés par les coûts d'investissement associés, qui ont jusqu'à présent freiné la diffusion mondiale de cette technologie.

Les entraînements hydrauliques sont très demandés lorsque leurs avantages sont significatifs, notamment dans les espaces restreints et pour les applications exigeant une dynamique élevée et des forces d'avance importantes. De plus, un entraînement hydraulique doit garantir un positionnement précis au micromètre près. L'expérience montre qu'un entraînement linéaire hydraulique fonctionne sans jeu, est durable et généralement plus robuste qu'un entraînement comparable à vis à billes. Avec les entraînements électriques, chaque performance (couple et vitesse de rotation) doit être installée manuellement. Un axe hydraulique, en revanche, peut puiser l'énergie nécessaire dans un accumulateur de fluide hydraulique en fonction des besoins, réduisant ainsi la puissance absorbée jusqu'à 80 %.

Entraînements auxiliaires

Divers variateurs répondent aux exigences des applications d'entraînement auxiliaire. Dans l'ensemble des fonctions d'entraînement auxiliaire des machines-outils, aucune tendance significative ne se dégage, et aucun modèle éprouvé ne se distingue particulièrement. Le choix dépendra de l'application.

Il n'est pas rare qu'un groupe de machines à fonctions séquentielles fermées combine différents types d'entraînements. On en trouve des exemples dans les applications où des entraînements électromécaniques pour chariots à déplacement vertical ou diagonal sont utilisés conjointement avec une compensation de poids hydraulique ou pneumatique. Dans ce cas, la compensation de poids peut être considérée comme un entraînement auxiliaire passif au sens large, son rôle étant de compenser la force exercée par le poids de la masse déplacée. La compensation de poids peut être réalisée de diverses manières, le système hydraulique avec accumulateur de fluide hydraulique étant une solution courante. Si la force à compenser est faible, un ressort à gaz pneumatique peut assurer cette fonction. Les avantages de ces solutions résident dans leur comportement dynamique adaptable et leur bilan énergétique favorable.

Les entraînements pneumatiques sont idéaux pour les dispositifs de manutention grâce à leur faible poids, leur commande simple et leur rapidité. Ces caractéristiques s'appliquent aux unités d'avance et de chargement de petites masses, intégrées au flux de production. Le bridage des outils et des pièces sur les machines-outils est crucial, car il influe sur la précision et la répétabilité des opérations. Les brides hydrauliques constituent un type particulier d'entraînement auxiliaire et sont utilisées sur les machines à chargement et déchargement automatisés, grâce à leur facilité d'automatisation. La forte densité de force des éléments de bridage permet de concevoir des dispositifs de bridage dans des espaces réduits.

Conclusion

Il existe une gamme de systèmes d'entraînement électriques, hydrauliques, électromécaniques et pneumatiques pour répondre aux besoins des machines-outils. L'équipe d'ingénierie doit déterminer le système le plus adapté, en tenant compte de diverses contraintes. Un fournisseur de solutions d'automatisation compétent, maîtrisant ces technologies, accompagnera ses clients dans ce choix.